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空气能热泵技术在建筑节能中的应用

文章出处:东莞热水工程网 人气:发表时间:2019-03-05 11:19

  空气能热泵是指通过空气换热器与室外空气换热制取冷(热)量的热泵系统。空气能热泵是目前应用最广泛的系统,鉴于其使用量巨大,提高其能效水平将是建筑节能的重要措施。故自2004年起,我国已颁布实施了房间空调器、单元式空调机、冷水机组的能效标准;数量日益增长的变频式空调器和多联机等空气能热泵产品的能效标准也已形成报批稿,不久将颁布实施。与其他热泵相比,空气能热泵的主要优点就在于其热源获取的便利性。只要有适当的安装空问,并且该空间具有良好的获取空气的能力,该建筑便具备了安装空气能热泵的基本条件。然而任何一类热泵都有其最佳的适用场合和条件。我们倡导因地制宜使用热泵,以推进热泵技术的健康发展,实现其真正意义上的节能减排。从技术层面上讲,欲扩大空气能热泵的应用地域,需要面对的核心技术主要为”高效,除霜,低温“.只要解决好上述3个问题,空气能热泵的适用性将得到很大的提高。在我国的长江以北,陇海铁路以北,甚至在黄河中下游流域的寒冷地区也会得到广泛地推广使用。

空气能热泵技术
空气能热泵技术原理

  用热泵原理制取生活热水是当前最为节能环保的手段,也是最为安全、可靠、简便的热水设备,而空气能热泵热水机则是当今世界上开拓利用新能源最好的设备之一,是继燃气(油)热水器、电热水器和太阳能热水器之后的第四代热水制取装置。在热泵热水机组的研发中,广泛使用了热回收的技术。

  热回收技术

  热回收技术就是通过一定的方式将冷水机组运行过程中排向外界的大量废热回收再利用,作为用户的最终热源或初级热源。如图1所示,压缩机排出的高温高压气态制冷剂先进入热回收器,放出热量加热生活用水(或其他气液态物质),再经过冷凝器和膨胀阀,在蒸发器吸收被冷却介质的热量,成为低温低压的气态制冷剂,返回压缩机。图1中热回收器便是热量回收的载体,起着热量回收和转移的作用。

  根据冷水机组通常的使用场所,一般以水作为热量回收的媒介,在此以制取免费生活热水为例展开讨论,见图2.热回收技术原理可知,热回收器里通过的是高温高压的气态制冷剂(温度约70~85℃),在高温高压制冷剂通过热回收器的同时,利用循环水泵将常温的水送入热回收器,在热回收器里水与高温制冷剂蒸汽进行热交换,制冷剂被冷凝的同时水被升温,然后返回热水储存箱,水泵再次从储存箱中将水送入热回收器进行循环加热,使热水温度进一步升高。储存箱中的水经热回收器多次热交换,最终达到客户要求的水温(55~60℃)。当热水温度达到设定值时,循环水泵停止工作。

  用户通过热水阀自储存箱中提取生活热水,一旦水箱中水位降低补水装置则自动补水,此时水温开始下降。当水温降到低于设定值时,热水循环泵自行启动运转,再次通过热回收器对储存箱的水进行循环加热(前提是冷水机组在运行中),这样就确保储存箱中的热水温度维持在相对恒定的范围内。针对热回收器回收热量的多少,热回收又可以分为部分热回收和全部热回收。其中,部分热回收只能回收冷水机组排放的部分热量,全部热回收基本回收了系统排入环境中的全部热量。通过热回收技术的应用,一方面减少了冷水机组运行过程中排放的大量余热,降低了对环境的废热污染;另一方面,由于制取免费的生活热水,降低了对锅炉、电加热器等传统加热设备的过度依赖,同时,对液态制冷剂的进一步过冷作用,提高了冷水机组的能效比,改善了机组的运行条件,并提高了机组的运行寿命,整体上降低了企业的综合运营成本。

  一般普通的集中空调系统,特别是空气能中央空调系统总会把大量的空调冷凝热直接排入大气,造成了极大的能源浪费,并且对周围环境造成了极大的污染,不但增加了城市的”热岛效应“,恶化了城市的大气环境,而且进一步加剧全球气候变暖。与此同时,对于高层住宅建筑来说,建筑物又需要大量的生活热水供应,特别是酒店、宾馆等娱乐性建筑,生活热水的需求量越来越大,加热生活热水所需的热量也越来越多。因此,从节能的角度来看,空气能热泵+热回收技术组成的空气能热泵热水机组必将在我国得到社会的广泛认同和应用。

  空气能热泵热水机组根据能量守恒原理,把空调房间的热量转移到水中,进行二次有效利用:一方面避免了空调冷凝排热对环境造成的影响;另一方面节约了加热生活热水的运行费用,可谓一举两得。

  空气能热泵由于其在初投资,运行费用及环保等方面具有很大的优势,因此,在不同的地域得到越来越广泛的应用,并取得了较好的节约效果。但其在低温环境下(我国的寒冷地区)的应用却因为制热量衰减过多、需要带电辅助加热、制热COP降低、内机或热水机出风(水)温度过低、压缩机能力或热交换器的能力得不到充分利用等状况受到了很大的限制。

  近年来,在国内外热泵研究人员的不懈努力下,用于低环境温度下的空气能热泵技术取得了突破性的进展,其产品在工程中的应用也愈来愈多。日本是当前世界上特别注重发展空气能热泵技术与产品的国家。应用之广泛,技术水平之高均居世界领先。其技术路线主要为变频,双机压缩,多联等。

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